Stoffenes opprinnelse

Hvordan er grunnstoffene som alt i verden består av blitt til? Visste du at du består av stjernestøv?

Hadde det ikke vært for stjerner, ville det ikke eksistert noe karbon, oksygen, kalsium, jern osv. Stoffer vi består av. Gjennom denne oppgaven skal elevene få et innblikk i hva vi mener med "tunge" og "lette" grunnstoffer og hvordan disse grunnstoffene ble dannet. Be elevene samle de grunnstoffene de finner hjemme og ta med på skolen.

Aktiviteten bør derfor gjores midt i uken slik at eleven kan få tak i stoffene. Noen grunnstoffer er farlige og det bør sjekkes med foreldrene at de ikke tar med slike (f.eks. magnesium, natrium, uran, kvikksølv). Skolen har kanskje prøver av noen av disse grunnstoffene. Klassen lager en lang linje langs 5-6 pulter og tegner på en grunnstoff-akse. Stoffene fordeles deretter langs denne aksen. Dere finner en inndeling av grunnstoffene i hvilke prosesser som har dannet dem her i heftet.

Hva er fusjon og hvordan oppstår grunnstoffene?

Fusjon betyr "sammensmeltning". Inne i stjernene er temperaturen ekstremt høy, mange millioner grader. Dette gjør at de ørsmå atomkjernene farer rundt med enorm fart. Når de kolliderer, hender det at de blir sittende fast i hverandre - vi sier at de fusjonerer og blir til én tyngre atomkjerne. Dette frigjør veldig mye energi. Vi sier at de lettere kjernene "brenner", men det er en helt annen prosess enn den ilden vi har i et bål. Stjernen lager også veldig mye mer energi av slik fusjonering enn det vi før fra et bål.

I Solen blir de aller letteste og enkleste atomene, hydrogen, smeltet sammen til heliumatomer. Dette er den vanligste prosessen og den skjer i de aller fleste stjernene. Når riktig tunge og varme stjerner blir gamle, kan helium "brenne" til karbon og karbonet "brenne" til enda tyngre og mer kompliserte atomer osv. Til slutt er stjernen som en løk: Den består av skall på skall der ulike grunnstoffer smeltes sammen. Til slutt eksploderer hele stjernen i en voldsom eksplosjon - den blir en supernova. Solen er ikke tung nok til å bli supernova, men noen få andre stjerner blir det. I stjernebildet Orion er det en klar stjerne over Beltet. Denne vil eksplodere som supernova en gang. Figuren viser skjematisk hvordan en slik stjerne ser ut rett for den eksploderer.
I sentrum av den er det varmt - 3-6 milliarder grader! Kjernen er også svært tett. En sukkerbit med stoff fra denne kjernen ville veid 2000 tonn!!
Figuren viser et tverssnitt (stjernen "delt"i to) og er fargekodet for å vise de ulike lagene i stjernen. Fargene har derfor ingen fysisk betydning. Sort-hvitt-versjon av illustrasjonen.

Hvilke kjemiske stoffer dannes i denne stjernen?

Figuren over viser hvordan fusjon av 4 hydrogenatomer til ett heliumatom foregår. I eldre stjerner kan fusjon av 3 heliumatomer til ett karbonatom skje ved drøyt 100 millioner grader. En supernovaeksplosjon slynger grunnstoffene, jern, karbon, oksygen osv., ut i verdensrommet. Senere kan planeter som Jorden bli til av disse stoffene. Vi består alle sammen av stoffer som kommer fra stjerner og supernovaer! Sort-hvitt-versjon av samme figur.

Her kan du se hvordan atomene kolliderer og danner tyngre grunnstoffer (animasjoner fra Electronic Universe Project, University of Oregon). Proton-proton-kjeden brenner det letteste av alle grunnstoffer, hydrogen, til helium. (fargekodingen er ikke lik)

Slik omdannes hydrogen til helium i kjernen av Solen og mange andre stjerner. I tunge stjerner brenner hydrogen til helium på en langt mer komplisert måte, via den såkalte karbon-nitrogen-oksygen-syklusen (CNO-syklusen). Den er vist her:

Fusjon av hydrogen til helium ved CNO-syklusen

Når hydrogenet er brukt opp, stiger temperaturen i kjernen av stjernen. Atomene beveger seg da raskere og raskere. Til slutt kan heliumatomene kollidere så voldsomt at de smelter sammen til karbon. Dette skjer via den såkalte trippel-alfa-reaksjonen som er vist her:

Fusjon av helium til karbon ved trippel-alfa-reaksjonen

Stoffenes opprinnelse

Tabellen viser hvordan en del grunnstoffer er dannet. Vi regner med at elevene bare klarer å finne noen få av disse grunnstoffene, men tar for sikkerhets skyld med mange.

Grunnstoff	Opprinnelse	Forslag til kilde

Hydrogen	Big Bang	vann
Helium	Big Bang & stjerner	heliumballonger
Litium	Big Bang & Kosmisk stråling
Beryllium	Kosmisk stråling
Bor	Kosmisk stråling
Karbon	Stjerner	kull
Nitrogen	Stjerner	luft
Oksygen	Stjerner	luft
Fluor	Stjerner	tannkrem
Neon	Tunge stjerner	reklamelys
Natrium	Stjerner	vanlig salt
Magnesium	Tunge stjerner	fyrverkeri
Aluminium	Tunge stjerner	metallvarer
Silisium	Meget tunge stjerner	kvarts
Fosfor	Meget tunge stjerner
Svovel	Meget tunge stjerner	fyrstikkhoder
Klor	Meget tunge stjerner	svømmebasseng
Argon	Meget tunge stjerner
Kalium	Meget tunge stjerner
Kalsium	Meget tunge stjerner & Supernova	melk
Scandium	Tunge stjernerT
Titan	Meget tunge stjerner & Supernova	metallvarer
Vanadium	Meget tunge stjerner
Krom	Meget tunge stjerner	metallvarer
Mangan	Supernova
Jern	Supernova	mange ting
Kobol	Supernova	metallvarer
Nikkel	Supernova	metallvarer
Kobber	Meget tunge stjerner	ledninger
Sink	Meget tunge stjerner	takrenner
Gallium	Meget tunge stjerner
(Vi hopper her over en del sjeldne stoffer)
Sølv	Tunge stjerner, Supernova	smykker, bestikk
Wolfram	Tunge stjerner, Supernova	glødetråder
Gull	Tunge stjerner, Supernova	smykker
Kvikksølv	Tunge stjerner, Supernova	termometre
Bly	Tunge stjerner, Supernova	bilbatterier
Uran	Supernova	alunskifer

Stjernen Betelgeuse i stjernebildet Orion kan vi beundre på nattehimmelen om vinteren. Men virkelig store teleskoper viser at dette er en superstor stjerne. Hadde den vært der Solen er, ville Betelgeuse slukt nesten hele Solsystemet (se over)! Inni denne stjernen blir mange grunnstoffer laget. Når denne stjernen om noen hundre tusen år eksploderer, blir disse stoffene slynget ut i verdensrommet. Deretter vil de med tiden lage nye stjerner og planeter, kanskje også nye jordkloder og liv!

Flekken midt på bildet: Dette er den berømte Pistolstjernen - trolig Melkeveiens tyngste stjerne. Inne i denne produseres store mengder karbon, oksygen, magnesium osv. Stjernen har allerede begynt å slenge disse stoffene ut i rommet (du ser den som diffus rød "tåke" som omgir stjernen). Men om ca. 300 000 år kan denne stjernen forårsake en av største av alle eksplosjoner i Universet, en supernova med medfølgende gammaglimt!